[论文解读] Three-component modeling of C-rich AGB star winds. II. The effects of drift in long-period variables

C. Sandín, S. Höfner|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 17被引用 15

一句话总结

本研究为C型富碳的渐近巨星支（AGB）星构建了包含气体-尘埃漂移与脉动效应的三组分流体动力学模型，以探究漂移如何改变星风特性。研究发现，与非漂移模型相比，漂移显著降低了质量损失率和终端速度，尤其在低密度Planck平均消光截面模型中更为明显；且漂移效应无法通过非漂移模型可靠预测，导致现有拟合公式无法适用于这些更先进的模型。

ABSTRACT

We present three-component wind models for carbon rich pulsating AGB stars. In particular we study the effects of drift in models of long-period variables, meaning that the dust is allowed to move relative to the gas (drift models). In addition we investigate the importance of the degree of variability of the wind structures. The wind model contains separate conservation laws for each of the three components of gas, dust and the radiation field. We use two different representations for the gas opacity, resulting in models with different gas densities in the wind. The effects which we investigate here are important for the understanding of the wind mechanism and mass loss of AGB stars. This study is hereby a necessary step towards more reliable interpretations of observations. We find that the effects of drift generally are significant. They cannot be predicted from models calculated without drift. Moreover, the non-drift models showing the lowest mass loss rates, outflow velocities, and the smallest variability in the degree of condensation do not form drift model winds. The wind formation in drift models is, except for a few cases, generally less efficient and the mass loss consequently lower than in the corresponding non-drift models. The effects of drift are generally larger in the more realistic models using that representation of the gas opacity which results in lower densities. The outflow properties of these models are also -- for all cases we have studied -- sensitive to the period of the stellar pulsations. A check of the mass loss rates against a (recent) fit formula shows systematically lower values, in particular in the more realistic models with a low density. The fit is in its current form inapplicable to the new models presented here.

研究动机与目标

• 探究气体-尘埃漂移对C型富碳AGB星质量损失与星风结构的影响。
• 评估长周期变星中的恒星脉动在包含漂移时如何影响星风形成。
• 评估非漂移模型是否能可靠再现漂移模型中观察到的效果。
• 检验现有质量损失率拟合公式在包含漂移与真实气体消光截面的新星风模型中的适用性。
• 判断是否可在不显式建模漂移的情况下预测漂移引起的星风特性变化。

提出的方法

• 求解气体、尘埃与辐射的三组分流体动力学方程，各组分具有独立的守恒定律。
• 通过二阶精度数值格式模拟动量在气体与尘埃之间的传递，相较于先前工作的的一阶精度有所改进。
• 采用两种气体消光截面表示：恒定消光截面（Bowen 1988）与Planck平均分子消光截面（HJLA98），以比较高密度与低密度星风结构。
• 通过时间依赖的边界条件引入恒星脉动，以模拟长周期变星。
• 监测并随时间平均风特性（如质量损失率、终端速度与凝结度），以比较漂移与非漂移模型。
• 将模型与Wachter et al. (2002) 的质量损失率拟合公式进行基准测试，以评估其有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 气体-尘埃漂移如何影响C型富碳AGB星风的终端速度与质量损失率？
• RQ2 脉动周期在长周期变星中在多大程度上影响星风结构与漂移效应？
• RQ3 非漂移模型能否准确预测漂移模型中观察到的风特性？
• RQ4 为何某些Planck平均PC模型无法形成对应的漂移模型风？
• RQ5 Wachter et al. (2002) 的质量损失率拟合公式是否适用于包含漂移与真实气体消光截面的模型？

主要发现

• 漂移模型的质量损失率始终低于其非漂移对应模型，且在Planck平均消光截面模型中降低最为显著，原因在于气体-尘埃耦合较弱。
• 引入漂移后，尘埃相关量的时间变化更强烈，风特性也表现出更不规则的波动，尤其在Planck平均模型中更为明显。
• 在某些情况下，漂移反而增加了质量损失率，特别是在恒定消光截面模型中，当非漂移模型的终端速度与质量损失率均较低时。
• 对于某些Planck平均PC模型，无法形成漂移模型风，尤其在凝结度变化较小的模型中，表明漂移可能在非漂移模型成功时反而阻止风的形成。
• Wachter et al. (2002) 的拟合公式在Planck平均模型中将质量损失率高估了十倍，因此不适用于本文提出的包含漂移的新模型。
• Planck平均漂移模型对脉动周期的敏感性高于恒定消光截面模型，凸显了脉动在塑造漂移驱动星风动力学中的关键作用。